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浅析西南地区主要水循环过程的数值模拟 1 引言 近年来，我国西南地区气候灾害频发，尤其是2009 年以来的春季旱情异常严重，引起了学者们的高度关注。一些学者从大气环流异常调整方面研究了西南地区冬春干旱的可能原因（彭京备等，2007；贺晋云等，2011；黄荣辉等，2012），另一些学者则从陆面生态方面探寻其可能机制（Nicholson，2000；Brubaker et al.，2001；Schubert et al.，2004；Xue et al.，2004；Yasunari，2007；严建武等，2012），均得到很多有益的结论。在这些研究中，陆面过程作为气候圈层的重要组成部分，对西南冬春干旱的影响日益凸显。一方面陆面状况及陆气相互作用直接决定了陆面与大气的物质和能量交换特征（Koster and Suarez，2001；Li and Islam，2002），进而深刻影响全球大气环流异常。另一方面，陆面的水循环特征与变异既受降水、植被和下垫面性质等因素的显著影响，又会对其产生强烈反馈作用，直接影响西南地区的降水再分配和局地气候异常。 近年来，国内学者利用各种陆面数值模式对陆面过程的水循环进行了大量研究。黄伟等（2004）利用淮河观测资料及陆面过程模式（CLM）对我国陆面特征进行研究，认为 CLM 不仅较好地模拟出陆气间各种能量通量（感热、潜热通量以及部分辐射分量），而且还能模拟出土壤温度的时空分布。刘少锋和林朝晖（2005）利用通用 CLM 和第二次青藏高原大气科学试验（TIPEX）及淮河能量与水份循环试验（HUBEX）资料，对东亚地区三类典型下垫面（高原稀疏植被下垫面、森林、水田）进行了验证试验研究。董谢琼和段旭（1998）指出西南地区的降水量分布受地形影响较大，空间分布不均，局地差异大。王佑民（2000）概述了我国林冠对降水再分配的研究概况，指出林冠截留与季节的关系实质上反映了不同季节降雨形态和性质对截留的影响。众多研究认为（刘世荣，1996；李振新等，2006；吕瑜良等，2007），不同地区的林冠一般可截留全年降水的 15％～30％，而且不同树种组成及林分特征对截留影响差异较大。季节变化对林冠截留的影响主要体现在降雨形态和性质上，吴希媛和张丽萍（2006）指出降雨强度是影响径流和入渗的决定因素，坡度对径流与入渗的作用效果会受到雨强的显著影响。郭芬芬等（2010）指出植被覆盖能够显著减少地表径流，而且会提高土壤深层含水量的稳定性，并保持土壤物理性质稳定。陈丽华和余新晓（1995）指出植被能通过改变水动力传导度增强土壤入渗能力，而且植被通过改变土壤表面特性增大了水份入渗到土壤的几率。 陈洪松等（2005）研究了坡面降雨入渗及土壤水再分布，指出重复降雨条件下，再分布过程中土壤水会在重力的作用下沿坡下移。 这些研究集中反映了林冠在陆面水循环中的作用，尤其是林冠截留与蒸发对降水的影响研究较多。目前，陆面数值模式对土壤含水、地表温度等常规陆面状态量的模拟研究工作也相对较为丰富，但是对土壤下渗、径流形成、深层蓄水与排水等陆面水循环的过程模拟及其相互关系研究相对较少，尤其是对于西南地区，通过林冠到达地面后降水的大致分配比例、季节变化特征，相互作用关系等研究尚少。为此，本文采用 CLM4.0 陆面模式研究西南地区主要水循环过程的具体特征，分析其间各因子的相互变化关系，探寻引起西南春旱的可能原因，对研究西南地区气候异常具有重要意义。 2 模式、资料及试验方案 2.1 模式介绍 本文采用的数值模式为 NCAR 2010 年发布的公 用陆面模式（Community Land Model 4.0 ，CLM4.0）。该模式为 NCAR（Zeng et a1.，2002；Daiet a1.，2003）综合当前主要陆面模式的优点，以NCAR 的陆面过程模式（Land Surface Model，LSM）（Bonan，1996）、生物圈-大气圈传输方案陆面模式（Biosphere-Atmosphere Transfer Scheme，BATS）（Dickinson et a1.，1993）、中国科学院大气物理研究所陆面过程模式（Land Surface Model/Institute ofAtmospheric Physics，IAP94）（Dai and Zeng，1997）为原型，发展的通用陆面过程模式。该版模式改进了水文参数化方案，增加了 5 层基岩层，使模式垂直分层数达到 15 层，增加了城市冠层模块，更新了描述植被类型的地表数据集，在模式中加入了描述碳氮循环的模块，在模拟积雪时考虑了气溶胶沉淀对反照率的影响（Lawrence et al.，2011）。模式水平分辨